La bomba de combustible d'alta-pressió subministra combustible a la canonada de subministrament de combustible comú i el combustible s'injecta directament al cilindre controlant l'injector de combustible. El common rail d'alta pressió-separa completament el procés d'injecció de la generació de pressió d'oli, assegurant que la pressió de subministrament de combustible no es vegi afectada per la velocitat del motor.
Avantatges
La pressió d'injecció de combustible al sistema common rail d'alta-pressió es pot ajustar de manera flexible. Es pot determinar la pressió d'injecció òptima necessària per a diferents condicions de treball, optimitzant així el rendiment integral del motor dièsel.
2. Pot controlar de manera independent i flexible el temps d'injecció de combustible. Combinat amb una pressió d'injecció alta (120MPa a 200MPa), pot controlar simultàniament NOx i partícules (PM) dins d'un rang relativament petit per complir els requisits d'emissió.
3. El control flexible dels canvis de velocitat d'injecció de combustible pot aconseguir un patró d'injecció de combustible ideal, cosa que facilita la implementació de pre-injecció i injeccions múltiples. Això no només redueix els NOx en els motors dièsel, sinó que també garanteix un rendiment i una economia excel·lents.
4. La injecció de combustible està controlada per una vàlvula electromagnètica, amb una alta precisió de control. No hi haurà bombolles ni pressió residual zero al circuit de combustible d'alta pressió-. Per tant, dins del rang de funcionament del motor dièsel, la variació del volum d'injecció de combustible circulant és petita i es pot millorar el subministrament desigual de combustible a cada cilindre, reduint així la vibració del motor dièsel i reduint les emissions.
Resum tècnic
En els motors dièsel, el funcionament a alta-velocitat fa que el procés d'injecció de dièsel triga només unes mil·lèsimes de segon. Els experiments han demostrat que la pressió en diversos punts de la canonada d'oli d'alta pressió-varia amb el temps i la posició durant el procés d'injecció. A causa de la compressibilitat del gasoil i les fluctuacions de pressió del gasoil a la canonada de combustible d'alta pressió, l'estat real d'injecció de combustible difereix significativament de la regla de subministrament de combustible del pistó especificada per la bomba d'injecció de combustible.
De vegades, després de la injecció principal, la fluctuació de pressió a la canonada de combustible farà que la pressió a la canonada de combustible d'alta{0}}pressió torni a augmentar, arribant a la pressió que fa que la vàlvula d'agulla de l'injector de combustible s'obri. Això tornarà a obrir la vàlvula d'agulla ja tancada, donant lloc a un fenomen secundari d'injecció de combustible. Com que la injecció de combustible secundària no es pot cremar completament, augmenta les emissions de fum i hidrocarburs (HC) i augmenta el consum de combustible. A més, la pressió residual a la canonada d'oli d'alta pressió-canvia després de cada cicle d'injecció, cosa que provoca una injecció inestable. És especialment probable que aquest fenomen es produeixi a la velocitat-baixa. En casos greus, no només la injecció de combustible és desigual, sinó que també es pot produir una no-injecció intermitent. Per solucionar el defecte de la variació de la pressió del combustible en els motors dièsel, els motors dièsel moderns adopten una tecnologia anomenada common rail.
La tecnologia common rail d'alta pressió-es refereix a un mètode de subministrament de combustible en què la generació de pressió d'injecció i el procés d'injecció estan completament separats en un sistema de bucle tancat-composat per una bomba de combustible d'alta-pressió, un sensor de pressió i una ECU. La bomba de combustible d'alta-pressió subministra combustible d'alta-pressió a la canonada de subministrament de combustible comú, i la pressió de l'oli a la canonada de subministrament de combustible comú es controla amb precisió, fent que la pressió a la canonada de combustible d'alta-pressió sigui independent de la velocitat del motor. Pot reduir significativament la variació de la pressió de subministrament de combustible del motor dièsel amb la velocitat del motor, reduint així els defectes dels motors dièsel tradicionals. L'ECU controla el volum d'injecció de combustible de l'injector de combustible. La mida del volum d'injecció de combustible depèn de la pressió de la barra de combustible (tuba de subministrament de combustible comú) i de la durada de l'obertura de la vàlvula solenoide.
Principi tècnic
El sistema de ferrocarril comú d'alta-pressió consisteix principalment en una unitat de control electrònica, una bomba d'oli d'alta-pressió, un acumulador (tuba de ferrocarril comuna), injectors de combustible de control electrònic i diversos sensors, etc. La bomba de combustible de baixa-pressió alimenta combustible a la bomba de combustible d'alta-pressió. La bomba de combustible d'alta-pressió pressiona el combustible i l'envia a la barra de combustible d'alta-pressió (acumulador). La pressió a la barra de combustible d'alta-pressió s'ajusta mitjançant la unitat de control electrònic en funció de la pressió de la barra de combustible mesurada pel sensor de pressió de la barra de combustible i segons sigui necessari. El combustible del carril de combustible d'alta-pressió passa pel tub d'oli d'alta-pressió. Segons l'estat de funcionament de la màquina, el temps i la durada d'injecció de combustible adequats estan determinats per la unitat de control electrònic. El combustible s'injecta al cilindre mitjançant l'injector de combustible electrònic controlat electro-.
1. Bomba d'oli-alta pressió
El criteri de disseny del volum de subministrament de combustible d'una bomba de combustible d'alta-pressió és garantir que la suma del volum d'injecció de combustible i el volum de combustible controlat del motor dièsel en qualsevol circumstància, així com la demanda de canvis de volum de combustible durant l'arrencada i l'acceleració, es compleixin. Com que la generació de pressió d'injecció de combustible al sistema de ferrocarril comuna és independent del procés d'injecció de combustible i el temps d'injecció de combustible no està garantit per la CAM de la bomba de combustible d'alta pressió-, la CAM de pressió de la bomba de combustible d'alta pressió- es pot dissenyar d'acord amb els principis de disseny del parell màxim més baix, la menor tensió de contacte i la resistència al desgast més alta.
La majoria de les empreses utilitzen bombes de pistons radials de tres-cilindres impulsades per motors dièsel per generar pressions de fins a 135 MPa. Aquesta-bomba d'oli d'alta pressió adopta múltiples lleves de pressió d'oli a cada unitat de pressió d'oli, reduint el seu parell màxim a 1/9 del de les bombes d'oli d'alta pressió-tradicionals. La càrrega també és relativament uniforme i el soroll de funcionament es redueix. El control de pressió a la cavitat common rail d'alta pressió-d'aquest sistema s'aconsegueix descarregant el combustible a la cavitat common rail. Per reduir la pèrdua d'energia, quan el volum d'injecció de combustible sigui petit, una de les unitats de pressió de combustible de la bomba d'èmbol radial de tres-cilindres s'apagarà per reduir el subministrament de combustible.
2. Carril d'oli d'alta-pressió (canal de ferrocarril comú)
La canonada common rail distribueix el combustible d'alta-pressió que proporciona la bomba de subministrament de combustible a cada injector, funcionant com un acumulador. El seu volum hauria de reduir les fluctuacions de pressió de subministrament de combustible de la bomba de combustible d'alta-pressió i les oscil·lacions de pressió causades pel procés d'injecció de combustible a cada injector, mantenint les fluctuacions de pressió a la barra de combustible d'alta-pressió per sota de 5MPa. No obstant això, el seu volum no pot ser massa gran per garantir que la rampa comuna tingui una velocitat de resposta de pressió suficient per fer un seguiment ràpid dels canvis en les condicions de funcionament del motor dièsel.
També s'instal·len sensors de pressió, amortidors de flux de líquid (limitadors de corrent) i limitadors de pressió a les canonades de ferrocarril d'alta pressió-. El sensor de pressió proporciona el senyal de pressió del carril d'oli d'alta pressió-a l'ECU. El tampó de flux de fluid (limitador de flux) Wechat Jiachatong Interconnection Shenzhen assegura que el subministrament de combustible a l'injector de combustible es talla quan es produeix una fallada de fuites de combustible a l'injector de combustible i també pot reduir la fluctuació de pressió a la rampa comuna i les línies de combustible d'alta pressió-. El limitador de pressió assegura que quan es produeix una pressió anormal al carril d'oli d'alta-pressió, la pressió al carril d'oli d'alta-pressió s'alliberi ràpidament.
3. Injector de combustible controlat electrònicament
L'injector de combustible controlat electrònicament és el component més crucial i complex del sistema de combustible common rail. La seva funció és, a partir dels senyals de control enviats per l'ECU, controlar l'obertura i el tancament de la vàlvula de solenoide per injectar el combustible en el carril de combustible d'alta-pressió a la cambra de combustió del motor dièsel amb el temps d'injecció, el volum d'injecció i la velocitat d'injecció òptims.
Per aconseguir la forma d'injecció de combustible predeterminada, es requereix un disseny raonable i optimitzat de l'injector de combustible. El volum de la cambra de control determina la sensibilitat de la vàlvula d'agulla quan s'obre. Si el volum de la cambra de control és massa gran, la vàlvula d'agulla no pot tallar ràpidament el subministrament de combustible al final de la injecció de combustible, donant lloc a una mala atomització del combustible en l'etapa posterior. El volum de la cambra de control és massa petit per proporcionar una carrera eficaç suficient per a la vàlvula d'agulla, augmentant la resistència al flux durant el procés d'injecció. Per tant, el volum de la cambra de control també s'ha de seleccionar raonablement en funció del volum màxim d'injecció de combustible del model.
A més, la pressió mínima d'injecció de combustible de l'injector de combustible depèn del cabal del forat del volum de combustible de retorn i del forat del volum de combustible d'admissió, així com de l'àrea de la cara extrema del pistó de control. Després de determinar les dimensions estructurals del forat d'entrada de combustible, el forat de retorn de combustible i la cambra de control, es determina el procés d'injecció de combustible més estable i més curt perquè la vàlvula d'agulla de l'injector de combustible estigui completament oberta i, al mateix temps, es determina el volum d'injecció de combustible mínim estable de l'injector de combustible. La reducció del volum de la cambra de control pot accelerar la velocitat de resposta de la vàlvula d'agulla i minimitzar l'impacte de la temperatura del combustible en el volum d'injecció de combustible del broquet.
Tanmateix, el volum de la sala de control no es pot reduir sense límits. Hauria de poder assegurar l'elevació de la vàlvula d'agulla de l'injector de combustible per obrir completament la vàlvula d'agulla. Els dos forats de control determinen la pressió dinàmica a la cambra de control, que al seu torn determina la llei de moviment de la vàlvula d'agulla. Ajustant amb cura els coeficients de flux d'aquests dos forats, es pot produir una llei d'injecció de combustible ideal.
A causa de la pressió d'injecció extremadament alta del sistema d'injecció de ferrocarril comú d'alta pressió-, l'àrea de secció transversal- dels orificis dels broquets dels seus injectors de combustible és molt petita. Per exemple, el diàmetre del forat del broquet dels injectors de combustible de BOSCH Company és de 0,169 mm × 6. Sota un diàmetre de forat de broquet tan petit i una pressió d'injecció tan alta, el flux de combustible es troba en un estat extremadament inestable, l'angle del con de polvorització del feix de combustible es fa més gran i l'atomització del combustible és millor. Tanmateix, la distància de penetració ha disminuït. Per tant, la intensitat del vòrtex de l'aire d'admissió del motor dièsel original i la forma de l'estructura de la cambra de combustió s'han de canviar per garantir el millor procés de combustió.
Per a la vàlvula solenoide de l'injector de combustible, atès que el sistema de carril comú requereix que tingui una velocitat d'obertura suficient i tenint en compte que la pre-injecció és un mètode d'injecció important per millorar el rendiment dels motors dièsel, el temps de resposta de la vàlvula solenoide de control s'hauria d'escurçar encara més.
4. Tub d'oli d'alta-pressió
La canonada de combustible d'alta-pressió és el canal que connecta la canonada common rail i l'injector de combustible controlat electrònicament. Ha de tenir un cabal de combustible suficient per reduir la caiguda de pressió durant el flux de combustible i minimitzar la fluctuació de pressió al sistema de canonades d'alta pressió-. Hauria de ser capaç de suportar l'impacte del combustible d'alta-pressió i la pressió al common rail s'hauria d'establir ràpidament durant l'inici. Les longituds de les canonades de combustible d'alta pressió-de cada cilindre han de ser tan iguals com sigui possible per garantir que cada injector del motor dièsel tingui la mateixa pressió d'injecció de combustible, reduint així la desviació del volum d'injecció de combustible entre els cilindres del motor. A Shenzhen, les canonades d'oli d'alta pressió-han de ser tan curtes com sigui possible per minimitzar la pèrdua de pressió des de la rampa comuna fins a l'injector de combustible. El diàmetre exterior de la canonada d'oli d'alta pressió-de BOSCH Company és de 6 mm i el diàmetre interior és de 2,4 mm. El diàmetre exterior de la canonada d'oli d'alta pressió-de Denso Company of Japan és de 8 mm i el diàmetre interior és de 3 mm.
L'alta pressió a la cavitat del carril comú s'utilitza directament per a la injecció, eliminant la necessitat d'un mecanisme de reforç dins de l'injector de combustible. A més, la cavitat del carril comú es troba sota una alta pressió contínua i el parell de conducció requerit per la bomba d'oli d'alta-pressió és molt més petit que el de la bomba d'oli tradicional.
Mitjançant la vàlvula de solenoide reguladora de pressió de la bomba d'oli d'alta pressió-, la pressió de l'oli a la cavitat del common rail es pot ajustar de manera flexible segons les condicions de càrrega del motor, així com els requisits d'economia i emissions, especialment optimitzant el rendiment de baixa-velocitat del motor.
El temps d'injecció, el volum d'injecció de combustible i la taxa d'injecció es controlen per la vàlvula solenoide de l'injector de combustible. El volum d'injecció de combustible de pre-injecció i post-injecció en diferents condicions de treball i l'interval amb la injecció principal també es poden ajustar de manera flexible.
El sistema common rail d'alta pressió-consisteix en cinc parts, a saber, la bomba d'oli d'alta-pressió, la cavitat common rail i el tub d'oli d'alta pressió-, l'injector de combustible, la unitat de control elèctric, diversos sensors i actuadors. La bomba de subministrament de combustible bomba combustible des del dipòsit de combustible a l'entrada de combustible de la bomba de combustible d'alta pressió-. La bomba de combustible d'alta pressió-accionada pel motor pressiona el combustible i l'envia a la cavitat del common rail. Aleshores, la vàlvula solenoide controla els injectors de combustible de cada cilindre per ruixar combustible en el moment corresponent.
La pre-injecció fa referència al procés d'injectar una petita quantitat de combustible al cilindre abans de la injecció principal, on es produeix la pre-combustió o la combustió parcial dins del cilindre, escurçant així el període de retard d'encesa de la injecció principal. D'aquesta manera, tant la velocitat d'augment de la pressió del cilindre com la pressió màxima disminuiran, fent que el funcionament del motor sigui més moderat. Al mateix temps, la reducció de la temperatura del cilindre comporta una disminució de les emissions de NOx. La pre-injecció també pot reduir la possibilitat d'errors d'encesa i millorar el rendiment d'arrencada en fred dels sistemes de ferrocarril comú d'alta-pressió.
La reducció de la velocitat d'injecció en l'etapa inicial de la injecció principal també pot disminuir la quantitat d'oli injectat al cilindre durant el període de retard d'encesa. Augmentar la velocitat d'injecció a l'etapa mitjana de la injecció principal pot escurçar el temps d'injecció, reduint així el període de combustió lent-, permetent que la combustió es completi dins del rang d'angle del cigonyal més eficaç del motor, millorant la potència de sortida, reduint el consum de combustible i reduint les emissions de sutge. El tall ràpid de combustible-al final de la injecció principal pot reduir la combustió incompleta del combustible, reduir les emissions de fum i d'hidrocarburs.
Lectura ampliada:
El sistema common rail dièsel s'ha desenvolupat durant tres generacions i té un fort potencial tècnic. La bomba d'alta pressió-common rail de primera generació-sempre es va mantenir a la pressió més alta, la qual cosa va provocar un malbaratament d'energia i una temperatura del combustible molt elevada. La segona generació pot ajustar la pressió de sortida segons els requisits del motor i té funcions de pre-injecció i post-injecció. La pre-injecció redueix el soroll del motor: s'injecta una petita quantitat de combustible al cilindre per a l'encesa per compressió dins d'una milionèsima de segon abans de la injecció principal, preescalfant la cambra de combustió. El cilindre preescalfat facilita l'encesa per compressió després de la injecció principal. La pressió i la temperatura a l'interior del cilindre ja no augmenten de sobte, la qual cosa afavoreix la reducció del soroll de la combustió. Durant el procés d'expansió, es produeix la post-injecció, que genera una combustió secundària, que augmenta la temperatura a l'interior del cilindre entre 200 i 250 graus centígrads i redueix els hidrocarburs a l'escapament.
A causa del seu gran potencial tècnic, avui els fabricants han posat la mirada en la tercera generació de sistemes de carril comú - el sistema de carril comú piezo. Els actuadors piezoelèctrics han substituït les vàlvules solenoides, aconseguint així un control més precís de la injecció. Sense el tub d'oli de retorn, l'estructura és més senzilla. La pressió es pot ajustar de manera flexible de 200 a 2000 bars. El volum d'injecció mínim es pot controlar a 0,5 mm³, reduint les emissions de fums i NOX.
El control electrònic es refereix al sistema d'injecció de combustible controlat per un ordinador. L'ECU (coneguda comunament com a ordinador) controla amb precisió el volum d'injecció de combustible i el temps de cada injector de combustible, cosa que pot aconseguir el millor equilibri entre l'economia de combustible i el rendiment de potència del motor dièsel. En canvi, els motors dièsel tradicionals es controlen mecànicament i no es pot garantir la precisió del control. "Alta pressió" fa referència a que la pressió del sistema d'injecció de combustible és tres vegades superior a la dels motors dièsel tradicionals, arribant fins a 200 MPa (mentre que la pressió d'injecció de combustible dels motors dièsel tradicionals és d'entre 60 i 70 MPa). L'alta pressió garanteix una millor atomització i una combustió completa, millorant així el rendiment energètic i, finalment, aconseguint un estalvi de combustible.
El carril comú subministra combustible a cada injector simultàniament a través d'una canonada de subministrament de combustible comú. El volum d'injecció de combustible es calcula amb precisió per l'ECU, i la mateixa massa i pressió de combustible es proporcionen a cada injector alhora, fent que el motor funcioni més sense problemes i optimitzant així el rendiment global del motor dièsel. En canvi, els motors dièsel tradicionals tenen cada cilindre injectant combustible de manera independent, amb un volum i una pressió d'injecció de combustible inconsistents, el que resulta en un funcionament desigual, combustió inestable, alt soroll i alt consum de combustible.
Avui en dia, els motors dièsel fabricats a nivell nacional, equipats amb tecnologia de ferrocarril comuna d'alta-pressió controlada electrònicament avançada a nivell internacional, han adoptat les últimes tecnologies bàsiques de motors dièsel d'Europa i Amèrica i són significativament superiors als motors dièsel turboalimentats tradicionals. Té una eficiència de combustió un 8% més alta, un 10% menys d'emissions de diòxid de carboni i una reducció del soroll del 15% en comparació amb els motors dièsel turboalimentats tradicionals, canviant completament la imatge dels motors dièsel en la ment de la gent com a sorollosos i emetent fum negre.